氢脆在钛及钛合金材料中的危害

在钛和钛合金中,氢可以溶解在β相和a相中,或者可以存在于γ相(氢化物)中。氢降低钛的a +β/β相变点,并且是间隙型β稳定元素。

当钛和钛合金中的氢含量小于0.020%时,可以防止氢化物型氢脆化的发生。然而,在钛和钛合金中难以避免应力引起的氢化物氢脆和可逆氢脆。氢对钛和钛合金性能的影响主要是氢脆。

为减少钛和钛合金的氢脆,主要措施是降低氢含量。实践证明,原材料受到严格控制:真空熔化,中性或氧化性气氛或加工涂层;避免在热处理过程中减少气氛;在惰性气氛或真空保护下焊接,避免氢在碱洗中增加,等等都是有效的。此外,铝和锡可以增加氢在钛中的固溶度; β稳定元素可以通过增加β相的数量来增加氢在钛和钛合金中的溶解度,并减少钛和钛合金的氢化物。应力诱发的氢化物型氢脆的敏感性。但是,钛合金中的氧会促进氢脆化。

在以下情况下,钛的氢吸收构成氢化物,造成腐蚀破坏:(1)如果氢的扩散速度慢,则氢化物主要聚集在钛表面,然后外部氢化物产生脆性脱落。腐蚀加速; (2)氢在应力的作用下向应力场的方向扩散,形成氢化物,这是因为内部微裂纹在应力的作用下扩散而形成氢致裂纹:(3)钛基体具有大量的氢吸收。对钛造成氢脆性破坏。

钛的氢脆具有以下特征和规律:

<1>(1)钛的氢脆性损伤属于氢化物型氢脆性损伤,氢化物型氢脆性以高速变形时的脆性断裂为特征,低速变形时不表现出氢脆性。当钛中的氢含量高于0.03%时,截面缩短率受到影响,而当氢含量小于0.05%时,拉伸强度,屈服强度和伸长率完全不变。这表明常规的机械性能对测定钛的氢脆性不敏感。

(2)钛的取向被铁刮擦和污染,因为钛的外观上镶嵌有铁颗粒,这通常是点蚀的触发点,也是氢进入人体的突破点。溶解在钛中的杂质铁,或者甚至是富铁相作为第二相,对点蚀或氢吸收和氢脆都不敏感。

(3)钛的氢脆敏感性与点蚀相同,并且表面预处理条件有很大的影响。阳极氧化或热氧化的表面具有最强的抗氢吸收和氢脆性。酸洗(氢氟酸为硝酸)或退火是第二次出现。机械抛光或机械喷砂能抵抗氢吸收和氢脆。最差的能力。这表明活性钛总是很容易吸收氢,而氧化钛表面是阻止氢吸收和避免氢脆化的有用屏障。

(4)钛的吸氢通常通过以下途径产生:(a)高温(> 300度)氢气氛或含氢气氛; (b)在缝隙腐蚀或减少无机酸腐蚀过程中产生的新生氢。 (c)在电腐蚀或阴极维护过程中产生的氢气; (d)钛在海水电解中处于阴极状态(电势<0.70 V)。为此,为了确保钛不吸收氢,应将海水中钛的电位控制在-0.70V以上。

<5>(5)在pH值的3-12范围内,钛的氧化膜是稳定的,并且是对氢渗透有用的阻挡层。在上述pH范围内,在短期阴极充氢实验中未发现氢吸收现象。如果pH在上述范围外,则可以认为氧化膜不稳定,因此维持效果弱,氧化膜的维持缺陷有利于氢进入钛基体。长期实验表明,在中性盐水中,当阴极电位低于-0.7V时会发生氢吸收。在非常大的阴极电流密度(电极电势比-1.OVSCE负电)下,氢的吸收会加速并最终导致室温下的氢脆化。

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